乳酸菌在猪生产中的应用研究进展

许鑫， 孟昆， 蔡红英， 杨培龙， 蒋显仁

（中国农业科学院饲料研究所，北京 100081）

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是重要的益生菌，也是动物机体内复杂微生物菌群的优势菌，具有维持肠道微生态稳定、增强机体免疫力以及提供营养物质等作用，适量的摄入LAB，会给宿主带来诸多益处，因此其具有重要的理论意义及潜在的应用价值。LAB 在猪生产中的应用十分广泛，自抗生素禁用以来，LAB作为替代物展现出的优势也十分明显。本文主要综述LAB 的生物学特性及其在猪生产中的应用研究进展，以期为LAB更好地应用于猪生产提供理论依据和参考。

1 LAB的分类

按照不同的依据，可对LAB 进行不同的分类。按照来源，可将LAB 分为植物源LAB 和动物源LAB；按照菌体形状，可分为杆状、球状、链状和分枝状[1]。链球菌属（Streptococcus）、乳杆菌属（Lactobacillus）以及双歧杆菌属（Bifidobacterium）是LAB中最常用的3个菌属。

乳杆菌属内不同种之间的差异较大，其主要种包括发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentum）、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）和罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）等，基本属性及部分功能如表1所示。

表1 乳杆菌属菌种的基本属性及部分功能Table 1 Basic properties and partial functions of LAB

双歧杆菌属主要栖居于人体和动物肠道下游，根据DNA 同源性和糖发酵类型，可将其分为24 种，主要是长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）、乳双歧杆菌（bifidobacterium lactis）、短双歧杆菌（Bifidobacterium brevis）和两歧双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum）等。通常在婴儿肠道内以婴儿双歧杆菌、短双歧杆菌占优势；在成人肠道中，主要是青春双歧杆菌和长双歧杆菌[12]。与动物双歧杆菌相比，乳双歧杆菌具有更好的耐受性。

链球菌属（Streptococcus）中最常见的为嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus），它是重要的工业LAB，与德氏乳杆菌保加利亚亚种（Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus）一起作为发酵剂菌株来生产酸奶[13]。

2 LAB的生物学特性

LAB 的生物学特性取决于物种或菌株，即来自不同宿主的相同种类LAB 也可能有所不同[14]。常用的生物学特性主要包括对酸、消化酶、高温的耐受性，对病原菌的抑菌性，以及定植竞争力和安全性等，这些也成为了判定LAB 是否优良的主要标准[15]。

2.1 生物安全性

由于益生性LAB 对动物的多种疾病都有着广泛的益处，且尚未发现它的副作用。在选择益生性LAB 代替抗生素时，首先要确保其对动物机体的安全性，没有任何毒副作用，也不会有排斥或过敏反应等，更不会致死。安全性是保证LAB 更好地发挥其益生作用的重要条件。目前判断安全性的方法主要有耐药性试验、溶血试验、代谢产物毒性检测试验、易位试验等，在国际上通过以上指标确定菌株的安全性后，还应进行人体临床试验[16]。

2.2 定植特性

LAB对胃肠道的黏附是其在肠道内定植的先决条件之一，也是决定能否发挥其益生作用的首要条件。LAB 借助其表面成分进行黏附，黏附过程是通过黏附素与黏附受体的化学键共价结合，其发挥生理功能的基础是黏附并定植，因此黏附能力通常作为评价LAB益生性的首要指标[17]。目前已建立多种检测方法评价乳酸菌的黏附性能，主要分为直接测定法和间接测定法。随着近年来计算机的广泛应用，也出现了新的评价方法，如计算机分子模型法[18]。

2.3 抑菌性

很多LAB 都具有对病原菌的抑制活性，即抑菌性，这是其重要的生物学特征。肠道微生物群被认为是动物体内最大的微生物库，除益生菌外，也存在很多的肠道病原菌，如大肠杆菌，因此，LAB的抑菌性有助于维持肠道健康。LAB常常被作为新型抗菌剂使用，主要通过产生有机酸、过氧化氢及细菌素等代谢物质，从而抑制肠道病原菌的存活[19]。研究表明，一些LAB可以产生苯乳酸，苯乳酸具有抑菌作用，因此其常被用作食品防腐剂使用，以延长食品的保质期；另一些LAB 还可以产生双乙酰，这种通过糖酵解产生的物质可以对多种有害微生物产生抑制作用[20]。由此可见，对比使用抗生素带来的种种问题，高抑菌性的LAB具有更大更广泛的应用价值。

2.4 加工性能

作为益生菌应用的LAB 除了需要具备特定的生物学特征及功能外，还应具备加工性能才能进行菌剂的工业化生产[21]。通常对生产用LAB有以下几点要求：①有关功能在加工、储存和运输过程中稳定，并且有关功能的活性物质在培养和储存过程中能保持活性；②适用于大量的生产和储存，在较高的浓度下仍具有较高的活性；③具有遗传稳定性，LAB 的益生功能在使用过程中不受培养条件、传代次数、保藏方法等影响而出现衰退；④当进行发酵时，能产生良好的感官特性及风味，同时不会产生难闻的气味。

3 LAB生物学功能

LAB的生理功能也成为近年来国内外的研究热点。研究表明，LAB 具有增强肠道黏膜屏障功能及提高免疫力等生理功能，有利于宿主健康[22]。

3.1 提供营养物质

LAB的代谢产物如短链脂肪酸、细菌素、胞外多糖、维生素等，可以直接为宿主提供营养物质，增强动物的营养代谢，使动物更好地生长。LAB产生的有机酸可以促进动物对维生素D 和钙、铁离子的吸收，对促进畜禽良好生长具有重要作用[23]。如 短 链 脂 肪 酸（short-chain fatty acids，SCFA）可以通过影响结肠上皮细胞的转运，为肠黏膜上皮细胞及肌肉、心、脑、肾等提供能量，增加肠道血液的供应量[24]。

除有机酸之外的另一种重要的代谢产物便是维生素。很多乳酸杆菌和双歧杆菌在发酵时都可以产生维生素，且主要是B 族维生素类化合物[25]。如果利用这些LAB 来发酵生产某些食品，不仅可以提高该食品的营养成分，还可以通过进食将这些LAB 运输到人体胃肠道，合成人体所必需的维生素。

3.2 维持胃肠道微生态稳定

LAB与胃肠道健康之间关系密切，可用于治疗多种胃肠道疾病[26]。LAB 是肠道自然微生物群的一部分，参与并改善宿主体内稳态。LAB通过与其他肠道细菌的相互作用，在肠道内形成一道天然生物屏障，抑制有害菌的生长，并维持肠道微生态稳定。摄入乳杆菌属和双歧杆菌属的细菌可诱导肠道菌群的变化，抑制致病微生物在胃黏膜上的黏附，因此可以改变菌群，缓解腹泻以及肠道炎症等。摄入LAB益生菌还可缓解乳糖不耐受症，治疗肠道应激综合征、炎症性肠炎和抗结肠癌等。

3.3 增强机体的免疫力

动物摄入LAB 后，免疫系统在控制感染上更有效[27]。LAB 可通过直接或间接的方式影响动物体内巨噬细胞、B细胞、T细胞等免疫细胞的功能，起到调节机体免疫力的作用[28]。此外，LAB 可以促进细胞分裂，诱导干扰素的产生，还可以促进畜禽动物体内特异性及非特异性抗体的产生。比如，植物乳杆菌可以提高血清中的IgA、IgG、IgM水平，进而促进免疫细胞的增殖，提高机体的免疫能力[7]。LAB 还可通过调节信号转导，达到激活和维持免疫平衡的目的，调节黏蛋白的表达，增强肠道屏障功能等。

如上所述，具有良好益生特性的LAB 可广泛应用于人和畜禽动物养殖中。LAB的安全性和益生特性已得到广泛公认，具有广阔的开发和应用前景。通过对LAB 益生功能的不断开发与研究，LAB在未来能够给人类健康和社会发展带来更大益处[29]。

4 LAB在猪生产中的研究进展

根据我国农业农村部公布的《饲料添加剂品种目录》，能够添加到饲料中的LAB 有23 种（表2）。其中用于猪生产的LAB 主要是乳杆菌属、双歧杆菌属等，LAB的使用有利于猪的胃肠道健康，提高饲粮营养物质的代谢利用和饲料优势，对猪生产至关重要[30]。

表2 饲料LAB添加剂品种目录Table 2 List of feed LAB additives

4.1 促生长作用

研究表明，LAB可提高猪的生长性能、增加器官重量并降低料重比及腹泻率[31]。LAB 对猪的促生长作用机制主要体现在以下几点。①初生仔猪对病原菌的抵御能力较弱，如果遇到病原菌的入侵，会严重影响初生仔猪各方面的发育[32]。断奶期时，饲料和环境的变化对于仔猪也会产生应激作用。在饲料中添加LAB 可以降低料重比，增加器官重量，提高初生仔猪生长性能。Liu 等[33]给断奶仔猪分别口服生理盐水和干酪乳杆菌、粪肠球菌，结果表明，给予益生菌的仔猪平均日增重显著增加，腹泻率和死亡率显著降低。Pupa 等[34]将含有植物乳杆菌和乳酸片球菌的益生菌补充剂口服喂养健康新生猪后，在所有益生菌补充组中，猪的平均日增重和饲料转化率均优于同期生长阶段的基础日粮组。②对于生长育肥猪， LAB 作为饲料的补充添加剂能够提高猪肉的适口性，同时减少背膘厚度[35]。③在母猪妊娠期结束或哺乳期间添加一定量的LAB，会影响仔猪的出生体重，有利于仔猪生长。饲料中添加粪肠球菌与普通饲料日粮对照组相比，添加粪肠球菌处理组仔猪的末重增加，并且提高了猪的日增重和饲料转化率，还提高了猪回肠、盲肠、粪便中的LAB 数量，降低了回肠大肠杆菌的数量[36]。

猪饲粮中LAB 的终用量通常为108～109CFU·g-1[37]，或者对液态饲粮进行发酵处理。多种LAB 作为益生菌补充剂加入猪的基础日粮中均可以在提高平均日增重、降低死亡率等方面达到很好的效果[38]。

4.2 肠道微生态菌群的调控作用

动物肠道内微生物菌群种类复杂、数量庞大。比如，成年猪肠道内栖息着大概500 多种微生物，其中包含有益微生物，也包含有害微生物[39]。在正常情况下，这些微生物的分布及数量会保持一定的稳态，作为微生物屏障维持动物肠道的健康[40]。

LAB在猪肠道微生态菌群方面的益生作用主要体现在以下几点。①给新生的仔猪肠道补充一定量的LAB，能够帮助仔猪形成健康肠道菌群，通过维持肠道中的微生态平衡减轻应激反应，促进仔猪的健康发育。研究表明，益生菌组合能改善沙门氏菌感染断奶仔猪的肠道，增加断奶仔猪的自主进食量，减少粪便排泄中的沙门氏菌，降低直肠温度，使绒毛/隐窝比值上升[39]；无论是否感染沙门氏菌，益生菌组断奶仔猪的腹泻分数及发酵谱均得到改善，结肠氨浓度下降，绒毛上皮内淋巴细胞增加，绒毛/隐窝比值上升。LAB 发酵饲料可通过影响肠道不同微生物种群的比例进而维持肠道菌群的稳定，在结肠部位更显著，有减少仔猪腹泻发病率的作用[41]。②乳杆菌可以通过调节紧密连接蛋白的表达，保持细胞完整性和肠道健康，从而提高胴体质量[42]。③对于母猪来说，LAB 能改善产后肠道微生态平衡。庞清刚等[32]研究植物乳杆菌对母猪粪便微生物的影响发现，在基础日粮中添加活菌总数大于1.0×1011CFU·g-1的植物乳杆菌，可改善母猪产后肠道微生态平衡，提高其粪便中的LAB数量，降低大肠杆菌数量。

4.3 免疫调节作用

对于新生仔猪来说，胃肠道发育不完全、免疫系统极度不完善。断奶也会导致仔猪机体抵抗力和免疫力严重下降，断奶期的仔猪通常会出现采食量减少、肠道消化酶活性降低和腹泻等情况[43]。因此，如何提高仔猪在这2 个阶段的免疫能力成为研究热点。

LAB在新生仔猪和断奶仔猪免疫方面的益生作用主要体现在以下几点。①新生仔猪胃肠功能和免疫系统发育不完全，仔猪的抵抗力和免疫力下降，很容易受到病原微生物的侵袭。日粮中添加LAB 制剂能增加仔猪血液中白细胞数量、淋巴细胞转化率以及IgA 的含量，还能提高超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的活性[44]，这说明LAB 制剂能刺激仔猪的体液免疫和非特异性免疫反应，增强抗氧化能力。Feng 等[45]研究表明，LAB 有与抗氧化酶和氧化损伤修复系统相关的强大氧化还原系统，主要通过清除自由基、螯合前氧化金属离子、调节相关酶和调节肠道微生物群而表现出显著的抗氧化能力。因此，他们有助于延长食品的保质期，促进仔猪健康和生理氧化还原平衡。Hou 等[46]发现，在肿瘤坏死因子(tumor necrosis fac-tor alpha，TNF)-α 处理下，L. reuteriD8能有效地保护肠器官样细胞的形态和上皮细胞的正常增殖。②仔猪在断奶时，食物由液体变为固体，会引起其心理和生理各方面的不适应，容易发生腹泻等病症，导致机体免疫力严重下降，生长性能也会下降。饲喂LAB可以使仔猪T淋巴细胞的转化率更高，有助于增强仔猪免疫力，进而促进其生长发育。饶泽斌等[47]研究发现，在基础日粮饲料的基础上，每天口服5×109CFU·g-1干酪乳杆菌代田株，断奶仔猪在末重、平均日增重显著提高的基础上，血浆总抗氧化能力及总超氧化物歧化酶、一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS)、谷胱甘肽过氧化物酶活性极显著提高，肝脏NOS 活性极显著提高，表明饲粮添加干酪乳杆菌代田株能够提高断奶仔猪的生长性能和抗氧化功能[35]。

在机理和效果方面，LAB可缓解断奶应激、预防仔猪腹泻，对于新生仔猪和断奶仔猪均有提高抵抗力的作用。一般LAB 对新生仔猪的添加形式采用口服较多，随后其在体内调节肠黏膜细胞层完整性，改善肠屏障功能，对病原菌起到拮抗作用[44]。

总体上，LAB 在猪的不同生长阶段都有提高免疫力、减轻炎症的功效，但对于仔猪的应用更为广泛，因为仔猪的免疫系统尚不成熟。LAB 保护肠道免受致病菌入侵的机制不仅仅是通过产生一些有机酸和细菌素杀死致病菌，也可以干扰致病菌在肠上皮细胞上的黏附和入侵，部分LAB作为微生态制剂已被广泛用于养殖业，并取得不错的效果[48]。当仔猪或母猪机体的胃肠道受到致病菌的刺激时，适当添加外源LAB，外源LAB进入肠道后可在肠道壁进行定植，并能够产生乳酸、乙酸等有机酸，这些有机酸可有效抑制病原性细菌的生长繁殖，促进LAB 等有益菌的增殖，维持肠道微生态的平衡，从而促进其机体恢复健康[49]。

5 小结

综上所述，LAB在猪生产中的应用十分广泛。LAB种属繁多，特性各异，但其抗逆性差导致其到达胃肠道内的活菌数量大大减少，影响其发挥益生作用，尽管很多研究都在优化其加工工艺，但这一问题仍没有得到有效解决。近年来发现，LAB发挥其益生作用主要是依靠其代谢产物，如胞外多糖、有机酸和细菌素等，将其代谢产物提纯作为添加剂加入饲料中，可以很大程度上解决LAB 抗逆性差的问题，也可以更有针对性地解决猪生产中遇到的各种问题。由此，针对LAB 的代谢产物在畜禽养殖中的研究将具有很大的前景。